电器与PLC控制技术

1、 电器与电器与PLC控制技术控制技术 一、课程的性质与任务一、课程的性质与任务n本课程是一门实用性很强的专业课，其主要内本课程是一门实用性很强的专业课，其主要内容是以电动机或其他执行电器为控制对象，介容是以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍继电器接触器控制系统、变频器及绍继电器接触器控制系统、变频器及PLC控制控制系统的工作原理、典型机械的电气控制线路以系统的工作原理、典型机械的电气控制线路以及以变频器、及以变频器、PLC为核心的控制系统的设计方为核心的控制系统的设计方法。法。 本课程的培养目标是培养学生继电器接触器、变频本课程的培养目标是培养学生继电器接触器、变频器及器及PLC工程应用能力

2、，具体要求：工程应用能力，具体要求：n1、熟悉常用低压电器的结构原理、用途，具、熟悉常用低压电器的结构原理、用途，具有合理选择、使用常用低压电器的能力。有合理选择、使用常用低压电器的能力。n2、熟练掌握继电器接触器控制线路的基本环、熟练掌握继电器接触器控制线路的基本环节，具有阅读和分析继电器接触器构成的电气节，具有阅读和分析继电器接触器构成的电气控制线路原理图的能力。控制线路原理图的能力。 n3、了解变频器的工作原理，掌握通用变频器、了解变频器的工作原理，掌握通用变频器的基本应用方法。的基本应用方法。n4、掌握、掌握 PLC的基本原理及编程方法，能根据的基本原理及编程方法，能根据生产过程和控制

3、要求进行系统设计和编写应用生产过程和控制要求进行系统设计和编写应用程序。程序。n5、熟悉典型设备的电气控制系统，具有从事、熟悉典型设备的电气控制系统，具有从事电气设备安装、调试、维修及管理的基本知识。电气设备安装、调试、维修及管理的基本知识。 n二、电气控制技术的发展概况二、电气控制技术的发展概况n1、继电接触器控制系统、继电接触器控制系统n继电接触器控制系统主要由继电器、接触器、继电接触器控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。所以又称为断续控制系统。 2、矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统、

4、计算、矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统、计算机控制。机控制。3、PLC控制系统控制系统 n1968年美国最大的汽车制造厂家年美国最大的汽车制造厂家通用通用汽车公司汽车公司(GM)提出了研制可编程序控制器的提出了研制可编程序控制器的基本设想，即基本设想，即n (1)能用于工业现场。能用于工业现场。n (2)能改变其控制能改变其控制“逻辑逻辑”，而不需要变动，而不需要变动组成它的元件和修改内部接线。组成它的元件和修改内部接线。n (3)出现故障时易于诊断和维修。出现故障时易于诊断和维修。 n1968年年 美国通用汽车公司提出的替代继电器美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型控制器的十项

5、指标：控制系统的新型控制器的十项指标：1） 编程简单、现场可编程简单、现场可修改程序；修改程序；2）维护方便、采用插）维护方便、采用插件式结构；件式结构；3）可靠性高于继电器）可靠性高于继电器控制系统；控制系统；4）体积小于继电器控）体积小于继电器控制系统；制系统；5）数据可以直接送入）数据可以直接送入计算机；计算机；6）成本可与继电器系）成本可与继电器系统竞争；统竞争；7）输入可为市电；）输入可为市电；8）输出可为市电，能）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、交直接驱动电磁阀、交流接触器等；流接触器等；9）通用性强、易于扩）通用性强、易于扩展；展；10）用户存储器大于）用户存储器大于4K。 19

6、69年美国数字设备公司根据上述要求，首先研年美国数字设备公司根据上述要求，首先研制出了世界上第制出了世界上第1台可编程序控制器台可编程序控制器PDP-14，并，并在通用汽车公司的自动生产线上试用获得成功。在通用汽车公司的自动生产线上试用获得成功。从此以后，这项研究技术迅速发展，从美国、日从此以后，这项研究技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。本、欧洲普及到全世界。 n因为这种新型工业控制装置可以通过编程改变因为这种新型工业控制装置可以通过编程改变控制方案，且专门用于逻辑控制，所以人们称控制方案，且专门用于逻辑控制，所以人们称这种新型工业控制装置为可编程序逻辑控制器这种新型工业控制装置为

7、可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。）。 n国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）PLC的定义：的定义：n可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。种

8、类型的机械或生产过程。 用用PLC控制控制外部接线不变，改变用户程序。外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制用继电器控制要改变控制电路的实际接线。要改变控制电路的实际接线。KMQFUKH M 3 SB1SB2KMKHKM 继电器控制接线继电器控制接线 PLC控制外部接线控制外部接线输入输入设备设备PLCSB1SB2KHKM输出输出设备设备 欲改变控制功能：欲改变控制功能：主电路主电路 相同相同例如例如 n目前生产目前生产PLC的厂家较多。但能配套生产，大、的厂家较多。但能配套生产，大、中、小、微型均能生产的不算太多。较有影响中、小、微型均能生产的不算太多。较有影响的，在中国市场占有较大份额的

9、公司有：的，在中国市场占有较大份额的公司有：n德国西门子公司：它有德国西门子公司：它有SS系列的产品。有系列的产品。有SS95U、100U、115U、135U及及155U。135U、155U为大型机，控制点数可达为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达多点，模拟量可达300多路。最近还推出多路。最近还推出S7系系列机，有列机，有S7-200（小型）、（小型）、S7-300（中型）（中型）及及S7-400机（大型）。性能比机（大型）。性能比SS大有提高。大有提高。 n日本日本OMRON公司：它有公司：它有CPM1A型机，型机，P型机，型机，H型机，型机，CQM1、CVM、CV型机，型机，H

10、a型、型、F型型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长，在中国及世界市场，都占有微方面更具特长，在中国及世界市场，都占有相当的份额。相当的份额。 n美国美国GE公司、日本公司、日本FANAC合资的合资的GEFANAC的的9070机也是很吸引人的。据介绍。机也是很吸引人的。据介绍。它具有它具有25个特点。诸如，用软设定代硬设定，个特点。诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。它有结构化编程，多种编程语言，等等。它有914、781782、771772、731732等多种等多种型号。另外，还有中型机型号。另外，还有中型机9030

11、系列，其型系列，其型号有号有344、331、323、321多种；还有多种；还有9020系列小型机，型号为系列小型机，型号为211。 n美国莫迪康公司美国莫迪康公司(施奈德施奈德)的的984机也是很有名机也是很有名的。其中的。其中E984785可安可安31个远程站点，总个远程站点，总控制规模可达控制规模可达63535点。小的为紧凑型的，如点。小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为，控制点数为256点，在最大与最小点，在最大与最小之间，共之间，共20多个型号。多个型号。 n美国美国AB（AlienBradley）公司）公司创建于创建于1903年，在世界各地有年，在世界各地有20多个附属机构，

12、多个附属机构，10多个多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的它的PLC5系列是很有名的，其下有系列是很有名的，其下有PLC5/10，PLC5/11，PLC5/250多种多种型号。另外，它也有微型型号。另外，它也有微型PLC，SLC500即即为其中一种。有三种配置，为其中一种。有三种配置，20、30及及40I/O配置选择，配置选择，I/O点数分别为点数分别为12/8、18/12及及24/16三种。三种。 n日本三菱公司日本三菱公司的的PLC也是较早推到我国来的。也是较早推到我国来的。其小型机其小型机F1前期在国内用得很多，后又推出前期在国内用得很

13、多，后又推出FX2机，性能有很大提高。它的中、大型机为机，性能有很大提高。它的中、大型机为A系列。系列。AIS、AZC、A3A等。等。 n日本日立公司日本日立公司也生产也生产PLC，其，其E系列为箱体式系列为箱体式的。基本箱体有的。基本箱体有E-20、E-28、E40、E64。其。其I/O点数分别为点数分别为12/8、16/12、24/16及及40/24。另外，还有扩展箱体，规格。另外，还有扩展箱体，规格与主箱体相同其与主箱体相同其EM系列为模块式的，可在系列为模块式的，可在16160之间组合。之间组合。 n日本东芝公司日本东芝公司也生产也生产PLC，其，其EX小型机及小型机及EXPLUS小型

14、机在国内也用得很多。它的编程小型机在国内也用得很多。它的编程语言是梯形图，其专用的编程器用梯形图语言语言是梯形图，其专用的编程器用梯形图语言编程。另外，还有编程。另外，还有EX100系列模块式系列模块式PLC，点，点数较多，也是用梯形图语言编程。数较多，也是用梯形图语言编程。 n日本松下公司日本松下公司也生产也生产PLC。FPI系列为小型机，系列为小型机，结构也是箱体式的，尺寸紧凑。结构也是箱体式的，尺寸紧凑。FP3为模块式为模块式的，控制规模也较大，工作速度也很快，执行的，控制规模也较大，工作速度也很快，执行基本指令仅基本指令仅0.l微秒。微秒。日本富士公司日本富士公司也有也有PLC。其。其

15、NB系列为箱体式系列为箱体式的，小型机。的，小型机。NS系列为模块式。系列为模块式。 n美国美国IPM公司公司的的IP1612系列机，由于自带模系列机，由于自带模拟量控制功能，自带通讯口，集成度又非常之拟量控制功能，自带通讯口，集成度又非常之高，虽点数不多，仅高，虽点数不多，仅16入，入，12出，但性价比出，但性价比还是高的，很适合于系统不大，但又有模拟量还是高的，很适合于系统不大，但又有模拟量需控制的场合。新出的需控制的场合。新出的lP3416机，机，I/O点数点数扩大到扩大到34入、入、12出，而且还自带一个简易小出，而且还自带一个简易小编程器，性能又有改进。编程器，性能又有改进。 n我国

16、我国1974年研制，年研制，77年应用。但国内年应用。但国内PLC厂厂家规模多不大。最有影响的算是无锡的华光。家规模多不大。最有影响的算是无锡的华光。它也生产多种型号与规格的它也生产多种型号与规格的PLC，如，如SU、SG等，发展也很快，在价格上很有优势。相信会等，发展也很快，在价格上很有优势。相信会在世界在世界PLC之林中一定有其位置的。之林中一定有其位置的。 n由于由于PLC技术的不断发展，新型的技术的不断发展，新型的PLC还在不还在不断出现。如近几年出现的主要用于过程控制的断出现。如近几年出现的主要用于过程控制的PLC，即，即PPC（Programable Process Control

17、ler），以及主要用于运动控制的），以及主要用于运动控制的PLC，即即PMC（ Programable Motion Controller ）。）。AB公司、施耐德公司、西门公司、施耐德公司、西门子公司、及子公司、及OMRON公司都有公司都有PPC产品，可与产品，可与DCS系统媲美。三菱公司则有系统媲美。三菱公司则有PMC产品，它可产品，它可控制控制32个轴的运动，可与数控系统抗衡。个轴的运动，可与数控系统抗衡。 n4、变频器、变频器n5、数控技术（、数控技术（CNC）n自自20世纪世纪70年代以来，电气控制相继出年代以来，电气控制相继出现了直接数字控制系统（现了直接数字控制系统（DDC）、柔

18、性）、柔性制造系统（制造系统（FMS）、计算机集成控制系）、计算机集成控制系统（统（CIMS）、智能机器人、集散控制系）、智能机器人、集散控制系统（统（DCS）、现场总线控制系统等多项）、现场总线控制系统等多项高新技术，形成了从产品设计及制造到高新技术，形成了从产品设计及制造到生产管理的智能化生产的完整体系，将生产管理的智能化生产的完整体系，将自动化生产技术推进到了更高的水平。自动化生产技术推进到了更高的水平。 西门子公司的西门子公司的WinCC是是Windows Control Conter（视窗控制中心）的简称。它集成了（视窗控制中心）的简称。它集成了SCADA、组态、组态、脚本（脚本（S

19、cript）语言和）语言和OPC等先进技术，为用户提供等先进技术，为用户提供了了Windows操作系统环境下使用各种通用软件的功能。操作系统环境下使用各种通用软件的功能。WinCC继承了西门子公司的全集成自动化（继承了西门子公司的全集成自动化（TIA）产）产品的技术先进和无缝集成的特点。品的技术先进和无缝集成的特点。 WinCC运行于个人计算机环境，可以与多种自动运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。用视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行

20、组态、编程和数据管理，户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线和打印报表等。它为操作作警画面、实时趋势曲线和打印报表等。它为操作作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。短了软件设计周期，而且提高了工作效率。 WinCC的另一个特点在于其整体开放性，它可的另一个特点在于其整体开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。

21、用户也建立友好的人机界面，满足实际需要。用户也可将可将WinCC作为系统扩展的基础，通过开放作为系统扩展的基础，通过开放式 接 口 ， 开 发 期 自 身 需 要 的 应 用 系 统 。式 接 口 ， 开 发 期 自 身 需 要 的 应 用 系 统 。 PLC的应用领域的应用领域 支持设备自动化和节能的支持设备自动化和节能的PLC 提供必要的保护和支持的提供必要的保护和支持的PLC 食品工业中的食品工业中的PLC 娱乐场合的娱乐场合的PLC 零售业中提高效率的零售业中提高效率的PLC 在农业和渔业中提高生产力的在农业和渔业中提高生产力的PLC 车载或相关设备的车载或相关设备的PLC 用于建筑和

22、环境的用于建筑和环境的PLC 时时活跃在人们身边的时时活跃在人们身边的PLC 在在冶金行业冶金行业，PLC是主流控制器，主要应用于是主流控制器，主要应用于采选矿、烧结、高炉、轩炉、连铸、轧钢。大采选矿、烧结、高炉、轩炉、连铸、轧钢。大型型PLC主要应用于轧机的控制，小型主要应用于轧机的控制，小型PLC主要主要在加热炉，钢铁轧延设备以及其他电气控制系在加热炉，钢铁轧延设备以及其他电气控制系统。统。（Siemens、Schneider、Rockwell）具体行业应用具体行业应用 电力电力行业电力电力行业使用的使用的PLC产品以产品以大型大型为主，主为主，主要应用于要应用于监控系统、设备控制监控系统、设备控制和和辅助系统辅助系统的控的控制。制。（Siemens、Schneider、Rockwell） n汽车行业汽车行业的冲压、焊装、总装和涂装（喷漆）的冲压、焊装、总装和涂